渣漿泵背葉片磨損的數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究.pdf

1、離心式渣漿泵多用于輸送含有懸浮固體密度較高的兩相流體，廣泛應(yīng)用于電力、采礦、冶金、交通、水利、環(huán)保等行業(yè)。由于在實(shí)際使用中需要輸送的固液漿體中含有固體顆粒，使渣漿泵的過流部件容易被磨損，尤其是密封部分，其使用壽命常常只有其他部件的1/4或更少，普通渣漿泵50％的維修工作量是密封問題，不僅降低了渣漿泵運(yùn)行的可靠性，且頻繁的檢修也對生產(chǎn)造成了不必要的損失和浪費(fèi)。渣漿泵需要輸送的是含有固相顆粒的兩相流，成本昂貴的機(jī)械密封并不適用，因?yàn)橐坏╊w粒

2、進(jìn)入摩擦副機(jī)械密封便會(huì)很快被磨損，故渣漿泵一般都采用背葉片形式的流體動(dòng)力密封，可見對背葉片磨損的研究具有十分重要的工程價(jià)值。
　　本文針對采用背葉片流體動(dòng)力密封的單級臥式離心泵，通過數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究的方法對渣漿泵在運(yùn)行時(shí)葉輪的磨損情況以及背葉片抗磨損性能進(jìn)行研究。本文主要研究結(jié)論及創(chuàng)新點(diǎn)有:
　　(1)搭建了試驗(yàn)臺進(jìn)行渣漿泵磨損試驗(yàn)，試驗(yàn)中對渣漿泵拆檢了兩次，并對磨損情況作記錄，對渣漿泵運(yùn)行過程中葉輪的磨損有了直觀及動(dòng)態(tài)的

3、了解，試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn):背葉片磨損最嚴(yán)重的部位是葉片壓力面出口處，并由此處開始往輪轂處發(fā)展，磨損形狀呈拋物型;葉輪磨損較嚴(yán)重的部位是葉片進(jìn)口邊、壓力面與蓋板交界處以及壓力面附近靠近出口的蓋板表面。
　　(2)對該泵進(jìn)行全流道三維實(shí)體造型，并采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行劃分，運(yùn)用ANSYS CFX軟件，基于Particle歐拉多相流模型，對渣漿泵內(nèi)兩相流動(dòng)進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)三維湍流數(shù)值模擬，模擬結(jié)果表明:泵內(nèi)靜壓分布合理;泵內(nèi)固相體積分?jǐn)?shù)分布較高處與試驗(yàn)

4、中磨損嚴(yán)重位置一致;背葉片流道出口處顆粒的流出角與試驗(yàn)中背葉片磨損后的葉片壓力面出口角相似;經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)由于隔舌處的高壓引起流道中顆粒回流撞擊背葉片外緣是造成背葉片外緣磨損的主要原因。
　　(3)根據(jù)背葉片設(shè)計(jì)理論并結(jié)合磨損試驗(yàn)及數(shù)值模擬結(jié)果首次針對背葉片抗磨損性能進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，共設(shè)計(jì)了7種方案，以研究背葉片型線及背葉片數(shù)對背葉片抗磨損性能、密封性能及其對泵外特性的影響。采用上述數(shù)值計(jì)算方法對各方案下泵內(nèi)兩相流場進(jìn)行了模擬，發(fā)現(xiàn)背

5、葉片型線對背葉片內(nèi)顆粒流動(dòng)、泵外特性及其產(chǎn)生的反壓影響不大;減少葉片數(shù)會(huì)降低背葉片對流道內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)的約束能力，使單個(gè)流道內(nèi)軸向漩渦面積增加，顆粒與壓力面的撞擊速度變大，且產(chǎn)生的反壓降低明顯，故葉片數(shù)不宜過少。
　　(4)在數(shù)值計(jì)算的基礎(chǔ)上選取兩種較優(yōu)方案試制并進(jìn)行磨損試驗(yàn)，通過對比發(fā)現(xiàn)，采用后彎型背葉片能有效地減少背葉片壓力面出口處的磨損，通過加粗背葉片出口處寬度來提高其使用壽命的方法在實(shí)際應(yīng)用中是可行的，優(yōu)化設(shè)計(jì)完成，為渣漿泵背